KR101909903B1 - 가스켓의 기밀성측정시스템 - Google Patents

Abstract

누설여부 및 누설량을 수치로 정확하게 제공할 수 있으며, 시험시 가해지는 압력 및 온도를 컴퓨터를 통해 측정 및 제어하여 테스트의 정확도를 높이고, 한번의 시험으로 시험환경조건을 달리 설정한 여러개의 가스켓을 동시에 시험할 수 있어서 시험값 비교에 유용한 가스켓용 기밀성측정시스템이 개시되어 있다. 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따르면, 본 발명인 가스켓의 기밀성측정시스템은 제1 시스템, 제2 시스템, 제어시스템, 기체공급관, 기체통 및 1차 가압 레귤레이터로 이루어진 가스켓의 기밀측정시스템에 있어서, 플랜지에 고정된 가스켓; 상기 가스켓이 복수 형성된 제1 시스템; 상기 플랜지 상부의 체결관과 연결되어 기체를 공급하며 제1 시스템의 외부로 돌출되어 제2 시스템과 연결되는 기체공급관; 시험에 사용될 기체가 담겨있는 기체통; 및 상기 기체통으로부터 나온 기체를 설정된 압력으로 일정하게 가압하는 1차 가압 레귤레이터로 이루어지며, 상기 제2 시스템은 상기 1차 가압 레귤레이터에서 나온 기체가 통과하는 기체공급관과 연결되는 복수의 2차 가압 레귤레이터; 상기 가스켓과 상기 2차 가압 레귤레이터 사이의 기체공급관에 형성된 드레인 밸브; 및 상기 2차 가압 레귤레이터와 동일한 위치에 형성되며 제어시스템에 연결되어 제어되는 압력센서로 이루어지며, 상기 제어시스템은 상기 제1 시스템과 연결되어 제1 시스템의 온도 및 압력을 제어 및 측정한다.

Description

가스켓의 기밀성측정시스템{System for testing airtightness of gasket}

본 발명은 가스켓에 대한 기밀성측정시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래의 아날로그적 방식인 차압계를 이용한 기밀성측정방법과는 달리 차압계를 이용하지 않는 가압누설방식으로서 가스켓의 기밀성을 측정하되, 기밀성측정시스템을 컴퓨터로 제어하여 정밀한 온도제어와 세밀한 압력제어 및 측정이 가능하도록 하면서도, 한번의 시험으로 측정대상인 가스켓을 하나만 시험할 수 있었던 종래의 측정방법과는 달리, 측정대상인 가스켓을 여러개를 놓고 동시에 측정이 가능하도록 시스템적으로 설계함으로써, 한번의 실험으로 실험값의 비교대상이 넓어지고 시험시간이 단축되었으며 여러개의 가스켓의 시험조건을 서로 달리하여 결과치를 동시에 추출할 수 있도록 하는 가스켓의 기밀성측정시스템에 관한 것이다.

일반적으로 가스켓(Gasket)은 밀봉요소이며, 정지(靜止)개소의　상호 접촉한 부분에서 유체(流體)의　누설을 방지하기 위해 사용된다. 통상적인 가스켓은 관 플랜지 이음　등 연결면의　기밀을 유지하기 위하여 사용되는 얇은 조각으로　패킹가운데 정지체의 패킹에 사용된다. 즉, 각종의 유체가 유동하는 파이프 등의 이음부위에는 가스켓이 사용되고 있기 때문에 가스켓 제품의 성능을 시험하기 위해서는 기밀성능의 측정이 필수적으로 요청된다. 종래의 가스켓의 누설시험방법은 아래와 같다. 플랜지 상단에는 차압계가 설치되고 플랜지에는 가스켓을 삽입하여 고정한 후에 플랜지 주변에 비누방울을 묻힌 후 플랜지에 설치된 밸브를 통하여 가압시킨다. 이후 일정시간이 지나면 누설이 되고 있는지를 확인하게 되는데 이는 비누방울을 묻힌 주변부를 육안을 통하여 살피는 방법이다. 이러한 방식은 시험 정밀도도 떨어질 뿐만 아니라, 등록특허 10-1620호에서는 천연가스 배관용 볼밸브의 누설시험장치를 개시하고 있으나 이러한 방법도 한번의 시험으로 하나의 대상만을 테스트할 수 밖에 없으므로 능률적이지 않을 뿐만 아니라, 한번의 시험으로 하나의 실험조건만을 실시할 수 있으므로 압력 및 온도를 서로 달리 적용한 시험값을 얻고자하는 경우에는 여러개의 측정대상을 동시에 시험하는 것이 불가능하여, 시험과정을 수없이 반복해야하는 문제가 발생한다. 또한 시간에 따른 압력변화 추이를 알고자 할 경우에도 단기간만을 적용할 수 있어서 2~3달 동안의 장기간 측정이 소요되는 경우에는 적용하지 못하는 한계가 있다. 따라서, 가스켓이 사용되는 환경을 고려하여, 상온부터 초고온에 이르기까지 가스켓의 기밀성 성능 측정이 가능하면서도, 한번의 실험세팅으로 여러개의 가스켓을 서로 다른 환경조건을 설정하여 동시에 측정할 수 있으며, 온도 및 압력을 비롯하여 누설량이 컴퓨터를 통해 측정되어 신뢰성이 향상된 수치를 제공할 수 있고, 종래의 측정시간보다 장기간에 걸친 압력변화량을 측정할 수 있도록 하는 가스켓의 효율적인 기밀성 테스트를 위한 기밀성측정시스템이 요청되는 실정이다.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 가스켓 기밀성측정방법과는 달리, 누설여부만 육안으로 확인하는 정도가 아닌, 누설여부 및 누설량을 수치로 정확하게 제공할 수 있으며, 시험시 가해지는 압력 및 온도를 컴퓨터를 통해 측정 및 제어하여 테스트의 정확도를 높이고, 한번의 시험으로 시험환경조건을 달리 설정한 여러개의 가스켓을 동시에 시험할 수 있어서 시험값 비교에 유용한 가스켓용 기밀성측정시스템 을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 기능을 제공할 수 있으면서도 시험대상인 가스켓이 놓은 제1 시스템을 상온, 극고온, 열풍상태로 교환할수 있는 시스템을 개시하여 가스켓이 사용될 다양한 환경조건을 상정하여 손쉽게 기밀성 성능을 시험할 수 있는 가스켓용 기밀성측정시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 기능을 제공할 수 있으면서도 기밀성만 측정하거나 내열성만 측정할 수 있는 종래의 가스켓용 성능시험방법과는 달리 내열성과 기밀성을 동시에 측정할 수 있는 가스켓용 기밀성측정시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 기능을 제공할 수 있으면서도 기존의 시험방법과는 달리, 두 세달 동안의 장시간에 걸쳐서 시험을 진행할 수 있는 가스켓용 기밀성측정시스템을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따르면, 본 발명인 가스켓의 기밀성측정시스템은 제1 시스템, 제2 시스템, 제어시스템, 기체공급관, 기체통 및 1차 가압 레귤레이터로 이루어진 가스켓의 기밀측정시스템에 있어서, 플랜지에 고정된 가스켓; 상기 가스켓이 복수 형성된 제1 시스템; 상기 플랜지 상부의 체결관과 연결되어 기체를 공급하며 제1 시스템의 외부로 돌출되어 제2 시스템과 연결되는 기체공급관; 시험에 사용될 기체가 담겨있는 기체통; 및 상기 기체통으로부터 나온 기체를 설정된 압력으로 일정하게 가압하는 1차 가압 레귤레이터로 이루어지며, 상기 제2 시스템은 상기 1차 가압 레귤레이터에서 나온 기체가 통과하는 기체공급관과 연결되는 복수의 2차 가압 레귤레이터; 상기 가스켓과 상기 2차 가압 레귤레이터 사이의 기체공급관에 형성된 드레인 밸브; 및 상기 2차 가압 레귤레이터와 동일한 위치에 형성되며 제어시스템에 연결되어 제어되는 압력센서로 이루어지며, 상기 제어시스템은 상기 제1 시스템과 연결되어 제1 시스템의 온도 및 압력을 제어 및 측정한다.

본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 본 발명인 가스켓의 기밀성측정시스템의상기 제1 시스템의 온도는 25℃ 내지 1000℃이며 압력은 0~100bar이고, 상기 제1 시스템은 열풍기 챔버로 교환가능하다.

본 발명인 가스켓의 기밀성측정시스템은 동시에 다양한 조건을 설정하여 가스켓의 기밀성 시험을 테스트할 수 있으므로 시험값 비교에 효율적이며, 복수의 가스켓에 대한 테스트를 동시에 시험할 수 있으므로 한번의 기밀성측정을 통해 다양한 실험값을 간이하고도 신속하게 도출하는 것이 가능하다. 즉, 동일한 가스켓 제품에 동일한 온도에서 각각 다른 압력으로 테스트할 수 있으므로 가스켓 제품의 성능에 대한 정확한 신뢰성있는 데이터를 얻을 수 있다.

또한, 기존의 차압방식처럼 가스의 누설여부를 육안으로 확인하는 것이 아니라, 압력센서와 연결된 컴퓨터를 통해 측정 및 표시하므로, 미세한 누설량까지 확인하는 것이 가능하며, 정확한 시험값을 제공할 수 있다.

또한, 복수의 가스켓이 놓여지는 제1 시스템의 환경을 상온으로부터 극고온의 상태까지 다양하게 설정할 수 있으므로 가스켓 제품의 다양한 사용조건에 맞도록 여건을 조성하는 것이 가능하며, 제1 시스템 자체를 열풍기로 치환함으로써 가스켓의 성능테스트를 수행하는 것이 가능하여서, 시험대상의 조건환경을 확대할 수 있을 뿐만 아니라 간단한 방법으로 환경조건을 변경하는 것이 가능하여서 경제적이기까지하다.

또한, 기밀성만을 측정하거나 내열성만을 측정할 수 있는 종래의 가스켓용 성능시험방법과는 달리 내열성과 기밀성을 동시에 측정할 수 있으므로 가스켓의 성능측정에 효과적이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 가스켓의 기밀성측정시스템의 구성도이다.

본 발명에 의한 가스켓의 기밀측정시스템의 구성요소는 크게 제1 시스템, 제2 시스템, 제어시스템, 기체공급관, 기체통 및 1차 가압 레귤레이터로 분별된다. 제1 시스템은 측정대상이 되는 가스켓을 다수 설치하여 동시에 측정할 수 있도록 설계된 것으로서, 각각의 가스켓은 플랜지에 고정되어 면압을 계산하여 볼트 체결한 뒤에 플랜지 상부의 체결관을 기체공급관에 연결한다. 면압이란 가스켓이 플랜지와 플랜지의 이음 사이에 체결됨에 있어서 배관 내의 유체가 누설되기 않기 위한 최소한의 하중을 의미하는데, 면압의 계산방법은 플랜지의 규격 및 가스켓의 재질에 따라 달라져야하며, 최소 면압 이하에서는 접면 누설 발생이 일어 날 수 있으며, 반대로 과체결했을 경우에는 플랜지 접면부 손상 및 가스켓의 파손으로 인하여 배관 내의 유체가 누설 될 가능성이 높으므로, 이를 고려하여 체결하도록 한다. 제1 시스템은 밀폐되어 있는 공간으로서 제1 시스템의 온도는 제어시스템의 컴퓨터에 의해서 정밀하게 제어되며, 제1 시스템의 온도는 25℃ 내지 1000℃까지 제공하는 것이 가능하고, 기체공급관을 통하여 가스켓에 공급되는 압력은 0 ~ 100bar로 제공하는 것이 가능하다. 즉, 한번의 테스트로 다양한 실험값을 얻기 위하여 다수의 가스켓에 동일한 온도에서 각각 서로 다른 압력조건을 설정하는 것이 가능하게된다. 하지만 제1 시스템은 별도의 순환장치가 없는 밀폐구조이므로 고온인 700~1000℃로 시험하는 중간에 그 이하 온도인 25~600℃로 조정하기가 어려우며 온도변경에 시간이 오래걸린다. 따라서 본 발명의 다른 실시 예에 의하면 상기 제1 시스템을 열풍기 챔버로 교환하면 이 문제를 해결할 수 있다. 즉, 제1 시스템의 온도를 극고온인 700~1000℃로 설정하는 것이 가능하면서도 별도로 열풍기 챔버로 교환하는 이유는 제1 시스템의 경우 순환 장치가 없음으로 인하여 온도 조정이 어려워 온도변화에 따른 연속 싸이클 시험을 할 수가 없으며, 온도가 증가하는 시험만 측정이 가능하기 때문이다. 즉, 제1 시스템을 열풍기 챔버로 치환할 경우에는 열풍기 챔버는 순환장치가 구비되어 있기 때문에 고온(1시간)-조건온도(2시간)-고온(30분)-조건온도(30분)와 같이 측정하고자 하는 온도 및 그 이하 온도 조건으로 빠르게 조정 및 변화가 가능하게 된다. 즉, 제1 시스템을 열풍기챔버로 교환할 경우에는 시간에 따른 테스트가 가능하여 온도변화에 따른 연속 싸이클 테스트가 가능하므로 이러한 환경에서 사용되는 가스켓을 위한 시험에 적용할 수 있다. 즉, 본 발명은 해당 상황이 필요한 테스트에 맞도록 제1 시스템 또는 열풍기챔버를 필요에 따라 달리 적용할 수 있는 이점이 있다.

기체통에는 시험에 사용될 기체가 담겨있으며, 일반적으로 질소(N₂) 기체를 사용하나 이에 한정하는 것은 아니고 기밀시험에 사용되는 다양한 기체들이 투입될 수 있다.

1차 가압 레귤레이터는 상기 기체통으로부터 나온 기체를 설정된 압력으로 일정하게 가압하여 넣어주는 기능을 수행한다.

제2 시스템은 2차 가압 레귤레이터가 복수 설치되는데, 2차 가압 레귤레이터를 통하여 측정하고자하는 압력으로 다시 한번 압력을 조정하게된다. 2차 가압 레귤레이터는 상기 1차 가압 레귤레이터에서 나온 기체가 통과하는 기체공급관과 연결된다. 드레인 밸브는 상기 가스켓과 상기 2차 가압 레귤레이터 사이의 기체공급관에 형성되며, 누설시험이 종료된 후 플랜지 내부에 채워진 가스를 드레인 밸브에서 안전하게 배출하는 기능을 수행하고, 가스켓에 가해진 압력이 최대압력초과시 제1 시스템 외부에 위치한 드레인 밸브를 통하여 가스켓에 전달된 압력을 조절한다. 압력센서는 상기 2차 가압 레귤레이터와 동일한 위치에 형성되며 제어시스템에 연결되어 제어된다. 종래의 아날로그식 압력계로 유체누설 시험을 진행하는 경우에는 각 시험자의 측정 관점이 다르고 누설량에 대한 데이터화 및 객관성이 부족하여 정확한 데이터를 알 수 없었으나, 본 발명 시스템에 의하면 제어시스템에서 2차 가압 레귤레이터에 장착되어 있는 압력 센서로부터 단위 1/1000ml 까지 누설량 측정이 가능하며, 변환된 데이터를 적용하여 이상기체 방정식을 넣어 산출하면 1ml 미만의 미세 누설량까지 계산이 가능하다. 즉, 1ml 미만의 미량의 유체누설의 경우에도 측정이 가능하므로 배관 및 밸브, 열교환기 등에 적용되는 가스켓의 기체 미량누설 측정에 본 발명을 활용 할 수 있다.

제어시스템은 상기 제1 시스템과 연결되어 제1 시스템의 온도 및 압력을 제어 및 측정하며, 측정상황을 실시간으로 모니터에 디스플레이하기 때문에 시험 데이터를 시각적으로 확인이 가능하다. 또한 컴퓨터를 이용한 제어시스템을 통하여 시험 제어가 가능하므로 두 세달 동안 이어지는 장시간의 시험에 본 발명을 적용할 수 있어서 가스켓 제품의 출하 후에 생길 문제점을 미리 예측하고 발견할 수 있는 이점이 있다. 본 발명에 의한 기밀성측정시스템을 이용한 가스켓의 기밀성측정시험방법은 아래와 같다.

가스켓의 성능 및 기체 기밀성을 측정하기 위하여 고온에서 사용 할 수 있는 인코넬 625, stainless steel 등과 같은 150lb 2인치의 플랜지에 가스켓을 장착한다. 그리고 질소가스를 1차 가압 레귤레이터에서 20~25bar로 고정한 후, 2차 가압 레귤레이터에서 20bar로 재고정하여, 플랜지 내부의 기체 압력을 20bar로 조성하였으며, 제어시스템의 프로그램을 통해 온도 조건은 700℃, 압력은 20bar로 설정한 후 총 10일 간 측정하였다. 시험 측정 기간 동안 제1 시스템의 온도는 제어시스템의 프로그램을 통해 조절 및 유지된다. 10일 동안 초기압력 20bar에서 시험 종료까지 최종압력은 18bar로 총 2bar 감소하였으며, 시험이 종료되면서 내부에 있던 질소 기체는 드레인 밸브를 통해 배출된다. 데이터 분석 프로그램을 이용하여 온도 및 압력, 측정 시간 등을 확인한 후 아래의 이상기체 상태방정식을 토대로 가스켓의 기체 누설량을 계산하였다.

계산 결과, 측정된 본 가스켓의 기체 누설량은 0.00592ml/min으로 분석되었다.

L = leak rate 누설량

n = The moles of the gas 가스의 몰수

T = Temperature 온도

V = reservoir 부피

R = gas constant 가스 정수

t = time 시간

p = pressure 압력

가스켓의 성능 및 기체 기밀성을 측정하기 위하여 고온에서 사용 할 수 있는 인코넬 625 소재의 150lb 2인치의 플랜지에 가스켓을 장착한다. 그리고 질소기체를 1차 가압 레귤레이터에서 40bar로 고정한 후, 2차 가압 레귤레이터에서 38bar로 재고정하여 플랜지 내부 기체 압력을 38bar로 조성하였으며, 제어시스템의 프로그램을 통해 온도 조건은 상온에서 압력은 38bar, 1시간으로 설정하여 상온 기체 누설량을 측정할 수 있고, 고온에서의 기체 누설량을 측정하기 위해 2번째 step에는 750, 압력은 38bar, 3시간, 마지막 3번째 step에서는 0bar, 1시간으로 설정하여 3번째 step에서의 총 기체 누설량을 측정하였다. 시험 측정 기간 동안 제1 시스템 안의 온도는 제어이스템의 프로그램을 통해 조절 및 유지된다. 기체 누설량을 확인한 결과, 상온 조건인 1번째 스텝에서는 38bar가 유지되어 누설되지않은 것을 확인 할 수 있었으며, 고온 조건인 3번째 step에서의 초기압력 38bar에서 시험 종료까지 최종압력은 23bar로 총 15bar 감소하였으며, 시험이 종료되면서 내부에 있던 질소기체는 드레인 밸브를 통해 배출된다. 데이터 분석 프로그램을 이용하여 온도 및 압력, 측정 시간 등을 확인한 후 위의 이상기체 상태방정식을 토대로 가스켓의 기체 누설량을 계산하였다. 계산 결과, 측정된 본 가스켓의 기체 누설량은 10.138ml/min으로 분석되었다.

앞서 설명한 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변형시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 제1 시스템, 제2 시스템, 제어시스템, 기체공급관, 기체통 및 1차 가압 레귤레이터로 이루어진 가스켓의 기밀성측정시스템에 있어서,
   플랜지에 고정된 가스켓;
   상기 가스켓이 복수 형성된 제1 시스템;
   상기 플랜지 상부의 체결관과 연결되어 기체를 공급하며 제1 시스템의 외부로 돌출되어 제2 시스템과 연결되는 기체공급관;
   시험에 사용될 기체가 담겨있는 기체통; 및
   상기 기체통으로부터 나온 기체를 설정된 압력으로 일정하게 가압하는 1차 가압 레귤레이터로 이루어지며,
   상기 제2 시스템은
   상기 1차 가압 레귤레이터에서 나온 기체가 통과하는 기체공급관과 연결되는 복수의 2차 가압 레귤레이터;
   상기 가스켓과 상기 2차 가압 레귤레이터 사이의 기체공급관에 형성된 드레인 밸브; 및
   상기 2차 가압 레귤레이터와 동일한 위치에 형성되며 제어시스템에 연결되어 제어되는 압력센서로 이루어지며,
   상기 제어시스템은
   상기 제1 시스템과 연결되어 제1 시스템의 온도 및 압력을 제어 및 측정하며,
   상기 제1 시스템의 온도는 25℃ 내지 1000℃이며 압력은 0~100bar이고, 상기 제1 시스템은 열풍기 챔버로 교환가능한 것을 특징으로 하는 가스켓의 기밀성측정시스템.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
2. 삭제

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